Методическое пособие 565

Рис. 3. Профиль защитной маски, полученный нанесением области заданной геометрии и травлением

Рис. 4. Готовая структура, на которой приведен профиль распределения носителей заряда

10

go victoryprocess simflags="-P all"

#Код технологического процесса разработки МОП транзистора с узкощелевой изоляцией по 28 нм технологии

#Задание области моделирования, материала подложки и ее параметров, моделирование шага сетки

#1 строка: физические характеристики подложки: материал – кремний, легированный фосфором;

#2 строка: задание структуры (2D режим) с начальной толщиной подложки

1 мкм

#3 строка: численные параметры расчета технологического процесса – разрешение при моделировании

#Расчет проводится для симметричной структуры МОП транзистора – область моделирования соответствует правой половине МОП структуры

#Режим моделирования (параметр FLOW.DIM) в данном случае не задается – моделирование автоматически начинается в 1D режиме

Init material="silicon" rot.sub=45 c.phos=1e14 \ from=0 to=0.7 depth=1 gasheight=0.5 \ resolution="0.01,0.01"

#Задание настройки сетки моделирования

#по оси Х:

Line X loc=0.0	spac=0.015
Line X loc=0.14	spac=0.005
Line X loc=0.35	spac=0.03
Line X loc=0.55	spac=0.01
Line X loc=0.7	spac=0.04

#по оси Z

#по сравнению с редактором Athena – толщина структуры задается параметром Z (а не Y)

Line Z loc=-0.3 spac=0.04

Line Z loc= 0	spac=0.003
Line Z loc=0.3	spac=0.02
Line Z loc=1	spac=0.1

#Нанесение первого слоя окисла

Deposit material=oxide thickness=0.01

#Формирование n-слоя методом ионной имплантации с дальнейшей разгонкой внедряемой примеси диффузией

Implant boron dose=1e13 energy=100 Diffuse time=30 temp=900 t.final=1100 Diffuse time=60 temp=1100

Diffuse time=30 temp=1100 t.final=900

#Команда сохраняет полученную структуру в файл vpex01_well.str (структура строится в 1D режиме)

Export structure=vpex01_well.str

11

#Команда TonyPlot выводит на экран сформированный 1D профиль tonyplot vpex01_well.str

#Вытравливание канавки со слегка скошенными стенками (85о) с последующим окислением всей поверхности структуры (рис. 5)

Etch DRY right.to=0.55 thick=0.31 angle=85 Deposit material=nitride thick=0.1 left.to=0.55 Diffuse dryo2 temperature=900 time=50 Strip material=nitride

Рис. 5. Канавка с оксидным покрытием

#Заполнение канавки окислом (с химическо-механической полировкой /

CMP)

#В отличие от редактора Athena здесь используется параметр «max», который позволяет заполнить канавку до ее верхней границы

Deposit material=oxide max thick=0.0 Export structure=vpex01_cmp.str

tonyplot vpex01_cmp.str -set vpex01_cmp.set

#Нанесение защитного окисла

Deposit material=oxide thickness=0.01

#Имплантация бора, определяющая дальнейшее значение порогового напряжения: величина внедряемой примеси 6×1012 ионов/см2, угол наклона пла-

12

стины 7о, метод моделирования – Монте Карло (в расчете используется 300000 внедряемых ионов) (рис. 6)

Implant energy = 15.0 boron dose = 6e+12 tilt = 7.0 monte n.ion=300000

#Удаление первого из сформированных и защитного окисных слоев

Etch WET material=oxide thick=0.022

#Формирование области подзатворного диэлектрика окислением во влажном кислороде при 750о в течение 12 минут

Diffuse wet temperature=750 time = 12

#Сохранение созданной структуры в файл vpex01_gateox.str и экстракция толщины подзатворного диэлектрика (мкм)

Export structure=vpex01_gateox.str extract init infile="vpex01_gateox.str"

extract name="gateox" thickness oxide mat.occno=1 x.val=0.05

#Создание поликристаллического затвора слева от точки 0,14 мкм по оси

Х, толщина формируемой области равна 0,1 мкм, поликремний легирован фосфором в размере 1020 см-3

Deposit material=polysilicon left.to=0.14 thick=0.1 c.phos=1e20

#Повторное окисление поликремния – в сухом кислороде в течение 20 минут при температуре 800о

Diffuse dryO2 temperature = 800 time=20

#Формирование кольцевой области имплантации методом Монте Карло (внедряется 5 × 1012 см-2 ионов бора с энергией 15 кЭв, угол наклона пластины 25о, используется 500000 ионов, угол вращения пучка ионов составляет 0о и 180о, пучок падает на ось Х поверхности со стороны отрицательных значений и со стороны положительных значений)

13

Рис. 6. Имплантация бора

Implant energy = 15.0 boron dose = 5.0e+12 tilt = 25 \ monte n.ion=500000 rotation=0 rotation=180

# Имплантация мышьяка для формирования сильнолегированной области под контактами истока и стока (параметр «plus.one» подключает «plus.one» модель для моделирования точечных дефектов, возникающих при ионной имплантации, при этом дефекты генерируются аналогично загнанным в пластину ионам, но степень их влияния снижается параметром «dam.fac») (рис. 7)

Implant energy = 5.0 arsenic dose = 1.0e+15 tilt = 0 rotation = 0 \ plus.one dam.fac=0.01 monte n.ion=1000000

14

Рис. 7. Имплантация мышьяка

#Изготовление области – разделителя из Si3N4 (сначала идет нанесение нитрида кремния толщиной 0,05 мкм, далее – изотропное вытравливание области заданной геометрии (если указан материал – то травится только он, если нет

– то все материалы в заданных пределах; толщина Si3N4 равна 0,051 мкм), сохранение структуры в файл и отображение ее на экране)

Deposit material=nitride thickness=0.05 Etch DRY material=nitride thickness=0.051 Export structure=vpex01_spacer.str

tonyplot vpex01_spacer.str -set vpex01_spacer.set

#Изготовление областей истока и стока n-типа проводимости методом ионной имплантации («bca» - приближение методом кулоновских взаимодействий – команда подключает модель Монте Карло)

Implant energy = 20.0 arsenic dose = 3e+15 tilt = 0 rotation=0 \ plus.one dam.fac=0.01 bca n.ion=2000000

# Изготовление областей истока и стока методом быстрого термического отжига (RTA) – к методу добавляется модель процесса диффузии – «single-pair» (могут быть «direct», «fermi», «single_pair» или «five_stream»; в модели «singlepair» ионы легирующей примеси «более охотно» образуют пары с одним из видов точечных дефектов, чем с междоузлиями или вакансиями); структура сохраняется под именем vpex01_sdanneal и экспортируется

15

Method material=silicon model=single_pair

Diffuse temp=1000 time=20 sec

Save name=vpex01_sdanneal

Export structure=vpex01_single_pair.str

#Экстракция некоторых параметров структуры: глубины залегания верхнего p-n перехода и порогового напряжения (см. МУ по Athena)

extract init infile="vpex01_single_pair.str"

extract name="nxj" xj silicon mat.occno=1 x.val=0.45 junc.occno=1 extract name="n1dvt" 1dvt ntype vb=0.0 qss=1e10 x.val=0.01

#Изготовление контактов электродов: стравливание окисла толщиной 0,05 мкм в пределах от 0,24 до 0,52 мкм по оси Х и нанесение алюминия толщиной 0,03 мкм между 0,23 и 0,53 мкм по оси Х

Etch DRY material=oxide thick=0.05 between="0.24,0.52" Deposit material=aluminum thick=0.03 between="0.23,0.53"

#Сохранение построенной структуры в файл

Export structure=vpex01_half.str

#Отзеркаливание структуры влево для генерации готового МОП транзистора, выведение результата моделирования на экран

Export structure=vpex01_final.str mirror.device="-x" tonyplot vpex01_final.str -set vpex01_final.set

quit

16

ПРИМЕР 2. ИЗГОТОВЛЕНИЕ 3D СТРУКТУРЫ В МОДУЛЕ

VICTORY PROCESS

В приведенном расчете используется ядро моделирования Victory Process, проводятся 3D моделирование физического окисления и нанесения структур, 3D диффузия и имплантация, 3D окисление.

Код рассматривает моделирование 3D структуры с использованием всех основных инструментов Victory Process.

Основные команды, используемые в коде (встречаются последовательно по коду процесса):

«Init» задает область моделирования, разрешение сетки и количество уровней уменьшения сетки при ее адаптации под рассчитываемую структуру.

«Line» описывает параметры сетки прибора.

«Etch» выполняет травление области с заданной конфигурацией. «Deposit» наносит слой выбранного материала с заданными параметрами. «Etch» выполняет травление области таким образом, как оно будет про-

исходить в реальном технологическом процессе.

«Deposit» наносит слой материала, моделируя физический процесс нанесения.

«Implant» выполняет ионную имплантацию примеси с заданными энергией и количеством внедряемых ионов.

«Diffuse» реализует процесс окисления, активацию внедренной примеси и ее диффузию вглубь структуры.

«Lithography» генерирует изображение областей и создает маски (на основе этих изображений).

go victoryprocess

# В данном блоке определяются параметры подложки, область моделирования и разрешение сетки, а также загружаются настройки маски; материал подложки – кремний толщиной 0,4 мкм; над этой областью задано пространство, в котором будет формироваться трехмерная структура (параметр «gasHeight») толщиной 1,3 мкм; параметр «layout» задает маску для проводимого процесса (файл маски необходимо поместить в папку с проектом под требуемым именем); параметры «from=» и «to=» определяют область пространства, в которой будет строиться прибор; степень разрешения структуры задается в параметре «resolution» (размер базовой сетки составляет 0, 01 мкм) (рис. 8)

17

Рис. 8. Пример определения границ маскирующей области для 2D структуры

Init material="silicon" depth=0.4 gasHeight=1.3 \ layout="vpex02.lay" from="0.100,0.100" to="0.325,0.300" \ resolution=0.01

#Проводится вытравливание области по форме, определенной параметром «mask» без использования модели технологического процесса травления

#Маскирующий слой берется из уже существующих – это маска для создания областей «Active», на которых впоследствии будет сформирован прибор; толщина протравливания – 150 мкм; «reverse» инвертирует рисунок маски перед ее использованием (рис. 9)

Рис. 9. Внешний вид файла маски МОП транзистора; красным цветом обозначена маска слоя «Active»

18

Etch dry thickness=0.150 mask="Active" reverse

#Сохранение структуры и вывод ее на экран в 3D формате

Save name=vpex02_1 Export structure=vpex02_1.str

#Нанесение оксида кремния без учета модели технологического процесса; материал наносится равномерно, толщина равна 0,1 мкм

Deposit material="SiO2" conformal thickness=0.100

#Структура сохраняется и выводится в 3D режиме на экран

Save name=vpex02_2 Export structure=vpex02_2.str

#Проводятся химическая и механическая полировка поверхности (в коде процесс реализуется как стравливание всех материалов выше -0,06 мкм)

Etch above=-0.060

#Структура сохраняется и выводится на экран в 3D режиме

Save name=vpex02_3 Export structure=vpex02_3.str

#Моделирование травления с учетом физических особенностей

#1. Настройка свойств (степени травления) различных материалов (см. пособие по редактору Athena)

#2. Проведение травления с учетом физики процесса – используется модель изотропного травления

#«EtchDepoProperties» – команда, позволяющая задавать особенности травления (и нанесения) различных материалов; «rate» – степень травления (или нанесения) материала на простой планарной структуре (мкм); свойства материалов будут далее использованы при травлении с использованием имени

«myetch»

#травление проводится с использованием модели изотропного травления с настройками параметров травления материалов в течение 1 минуты, «maxCFL» – параметр, используемый для улучшения сходимости при расчете по всей поверхности

EtchDepoProperties name="myetch" \ material="silicon" rate=0.06 \ material="SiO2" rate=0.09

Etch model="isotropic" materialProperties="myetch" time=1 maxCFL=0.8

#Сохранение и отображение структуры на экране

Save name=vpex02_4 Export structure=vpex02_4.str

#Окисление с использованием аналитического режима (выращивается оксид толщиной 0,005 мкм)

Oxidize thickness=0.005

#Сохранение и отображение структуры на экране

19